19. 포말하우트 (Fomalhaut : α PsA / α Piscis Austrini / Alpha Piscis Austrini)
포말하우트는 태양계에서 25광년 떨어진 별로 분광형 A3V 의 주계열성이다. 이 별은 남쪽 물고기 자리 (물고기 자리의 친구 (?) 라고도 한다) 에서 가장 밝은 별로 겉보기 등급도 1.13 으로 1등급 별이다. (절대 등급도 1.73) 천구에서는 18번째로 밝은 별이라고 한다.
이렇듯 밝은 별이기 때문에 과거 세계의 각 문화권에서 이별은 여러가지 이름으로 불리웠다. 그중에서 포말하우트라는 이름의 기원이 된 것은 바로 고래 (혹은 물고기) 의 입이라는 뜻의 아랍어 فم الحوت fam al-ħūt (al-janūbī) 이다. 라틴어로도 이 별은 남쪽 물고기의 입 이란 뜻의 ōs piscis merīdiāni, ōs piscis merīdionālis, ōs piscis noti 로 불린다. 이 별에 대한 고대 기록은 BC 2500년전으로 올라간다고 한다. 과거 중국, 아랍, 페르시아에서 관측 기록들이 남아있으며, 고대 페르시아에서는 4개의 왕의 별 가운데 하나였다고 한다.
북반구에서는 가을 및 초겨울에 남쪽 하늘에서 보이며, 중위도 이상 북반구에서는 가을철에 보이는 유일한 1등성이기 때문에 가을의 외로운 별 (Lonely Star of Autumn) 이라는 별명도 가지고 있다. 북위 50도 부근에서는 시리우스가 뜰때 포말하우트가 지며, 다시 안타레스가 질때 까지는 다시 나타나지 않는다고 한다.
동아시아의 별자리인 28수에서 남쪽 물고리자리는 실수에 속한다고 하며, 포말하우트는 북락사문 (北落師門) 이라는 명칭으로 불린다.
포말하우트의 물리적 특징은 한마디로 태양 보다 더 큰 주계열성이라는 것이다. 질량은 태양의 2.1배이며, 지름은 태양의 1.832배이다. 밝기는 태양의 17.66배 정도로 제법 밝게 빛나는 별이다. 이렇게 밝게 빛난다는 것은 핵연료를 많이 사용한다는 이야기로 결국 수명이 짧을 것임을 짐작하게 만든다. 이 별의 예상되는 수명은 10억년 정도이며 아마도 현재 나이는 2억년 내외로 생각된다. (2억 ± 100만년) 표면 온도는 8751 K 이다.
포말하우트를 비롯한 16개의 별들은 그 운동 방향을 생각했을 때 수억년전 동일한 장소에서 생겨서 사방으로 퍼지는 것으로 생각된다. 이 그룹은 카스토르 이동그룹 (Castor Moving Group) 으로 불리우며, 베가 (Vaga) 나 카스토르 (Castor) 등의 별이 여기에 속한다. (이 그룹의 별들의 목록은 http://en.wikipedia.org/wiki/Castor_Moving_Group 를 참조) 이 그룹중에 남쪽 물고기 자리 TW 는 포말 하우트에서 1광년 정도 떨어져서 고유 운동을 공유하기 때문에 동반성으로 생각되고 있다.
이 별의 새롭게 주목을 받게 된 것은 거대한 먼지 디스크 및 외계 행성의 존재를 통해서였다. 포말하우트 모성에서 약 133AU (약 200억 km) 떨어진 곳에 거대한 먼지 디스크의 존재가 확인되었는데, 과학자들은 일종의 카이퍼 벨트 같은 구조가 아닌가 하고 의심하고 있다. 이 먼지 디스크의 너비는 약 25AU (AU : 천문 단위 1.5억km ) 이다.
또 이 거대한 먼지 디스크에 대해서 실제로는 초기 행성 시스템의 전단계인 원시 행성계 디스크 (Protoplanetary system) 로 생각하는 의견도 있다. 그런데 과학자들은 포말하우트의 먼지 디스크의 무게 중심이 포말하우트로 부터 약 15AU 정도 옆에 있다는 사실을 발견했다. 이것이 의미하는 바는 보이지는 않지만 먼지 디스크의 위치를 옆으로 옮길 수 있는 동반 전체, 즉 행성이 있다는 것이었다.
(포말하우트와 먼지 디스크의 모습. 그림에서 보듯이 먼지 디스크의 중심이 모성 포말하우트로 부터 약간 옆으로 치우쳐 있는데, 이는 뭔가 먼지 디스크에 중력을 행사하는 다른 천체가 있다는 것을 의미한다. 아래의 비교는 태양계와 포말하우트의 행성 시스템의 비교이다. This file is in the public domainbecause it was created by NASA)
결국 2008년 11월 13일, 허블 우주 망원경은 먼지 디스크 안쪽에서 예상되었던 행성의 모습을 직접 찍는데 성공했다. 아래 사진을 보면 모성 포말하우트는 너무 밝기 때문에 가려놓은 상태이며, 주변 먼지 디스크의 한쪽에서 새로운 행성 포말하우트 b (fomalhaut b) 가 표시되어 있다. 작은 사각형 안에는 2004 - 2006년 사이 이동한 작은 점이 하나 보이는데, 이것이 바로 포말하우트 b 이다. 모성에서 충분한 거리가 떨어져 있는데다, 비교적 지구에서 가까운 거리에 있고, 간접적인 방법으로 그 존재를 발견해서 망원경으로 포착이 가능했던 것이다. 이는 외계 행성을 최초로 직접 가시 광선으로 관측한 셈이다.
(포말하우트 주변의 먼지 디스크와 행성 포말 하우트 b 를 허블 우준 망원경이 관측한 모습 Coronagraph of star Fomalhaut showing disk ring and location of extrasolar planet b, This file is in the public domain because it was created by NASA and ESA)
포말하우트 b 의 질량은 목성의 3배 이하로 생각되는데, 가장 작게는 해왕성 정도로 (목성의 0.054 - 3배 ) 비교적 질량에 대한 편차가 크다. 아마도 공전주기는 872년 이상이고, 모성에서 거리는 115AU 이상으로 생각된다. 나이는 모성 포말하우트와 비슷하리라 예상된다. 한편 과학자들은 모성 포말하우트에 가까운 위치에도 목성보다 작은 행성이 있을 가능성을 염두에 두고 있다.
(먼지구름 안쪽을 통과하는 포말하우트 b 의 상상도. 사실 토성의 고리에 위치하는 위성 레아 처럼 이 포말하우트 b 도 주변의 먼지를 흡수해서 작은 고리와 위성을 가지고 있지 않을 까 추측해본다. (그냥 필자의 추측임) This file is in the public domain because it was created by NASA )
포말 하우트의 행성 시스템에 대한 논란들 : http://blog.naver.com/jjy0501/100156068564
20. 베가 (Vega, α Lyr / α Lyrae / Alpha Lyrae)
베가는 아주 잘 알려진 별 가운데 하나이다. 다른 이름으로 거문고자리 알파별이나 혹은 칠월칠석에 견우와 만난다는 직녀(織女)성으로 불리고 있다. 겉보기 등급 0.03 으로 (절대 등급 0.58) 밤하늘에서 5번째로 밝은 별이며, 알타이르, 데네브와 같이 여름의 대삼각형을 이루기 때문에 많은 이들에게 친숙한 별가운데 하나이다. 설령 그게 베가 인지 몰라도 밤하늘을 올려다 본 이상은 누구나 본적이 있는 별이라고 하겠다.
베가는 현재 지구에서 약 25.3 광년 떨어진 별로 흰색으로 빛나는 분광형 A0V 에 속하는 주계열성이다. 거문고자리 알파별이란 이름처럼 거문고자리에 속해 있다. 질량은 태양의 2.11배이며, 지름은 태양의 2.26 × 2.78배 인데, 이는 이 별의 자전 주기가 불과 12시간에 불과하여 토성처럼 적도 부근이 부풀어 올라 적도 반지름이 극 반지름 보다 더 크기 때문이다.
밝기는 태양의 37 ± 3 배 이며, 표면 온도는 9602 ± 180 K 이다. 아마도 나이는 3.86–5.72 × 108 억년 정도로 생각되는데, 앞서 이야기 했듯이 포말하우트 등과 더불어 카스토르 이동 그룹에서 같은 기원을 가지고 발생한 것으로 생각된다.
(왼쪽의 흰색 별인 베가와 오른쪽의 노란색 별인 태양과의 크기 비교. CCL 에 따라 동일 조건하 복사 허용, 저자 표시 저자 : RJHall)
베가는 물론 밝기도 하지만 지구에서도 비교적 가까운 편이기 때문에 옛날 부터 주된 관측의 대상이었다. 고대 아시리아에서는 이 별을 하늘의 심판 (Judge of Heaven) 이라는 뜻의 다얀 사메 (Dayan - same) 라고 불렀으며, 고대 아카드에서는 하늘의 생명 (Life of Heaven) 이란 뜻의 티르 안나 (Tir anna) 라고 불렀다고 한다. 고대 바빌로니아에서는 빛의 사자라는 뜻의 딜간 (Dilgan) 이라고 부르기도 했다.
고대 그리스 신화에서 베가는 오르페우스가 들고 있는 거문고의 손잡이 부분에 해당되는 별이었다. 고대 로마에서는 이 별이 지평선 아래로 내려가면 가을이 시작되는 시점을 생각했다. 고대 동아시아에서는 견우 직녀 전설의 직녀에 해당되는 별로 생각되었다.
베가라는 명칭은 추락, 착륙을 뜻하는 아랍어 wāqi‘ 에서 비롯되었다고 한다. 이 와키라는 단어는 착지한 독수리라는 뜻의 النسر الواقع an-nasr al-wāqi 의 줄임말이었다고 한다. 이 별은 고대 이집트와 인도에서는 독수리와 연관이 있다고 생각되었기 때문이다. 서양 중세에는 Waghi, Vagieh, Veka 등의 명칭으로 불리다가 Wega 를 거쳐 Vega 라는 명칭이 정착되었다.
베가는 밤하늘에 잘보이는 밝은 별 답게 오랫동안 0 등급 밝기의 별로 별들의 밝기를 표시하는 기준점 역활을 해온 별이다. 그러나 오늘날에는 좀더 표준화가 쉬운 플럭스 값을 쓰기 때문에 더 이상 밝기를 표시하는 기준의 역활을 하지는 않는다.
또 한가지 주목할 점은 이 별이 북극성 후보라는 것이다. 이 별은 지구의 세차 운동에 의해서 1만 2천년전에는 북극성의 자리에 있었으며, 서기 1만 4천년이 되면 다시 북극성이 된다.
베가는 태양의 37배나 밝게 빛나는 별로 그 에너지를 CNO 순환 반응으로 부터 얻고 있다. CNO 반응은 이전에 (http://blog.naver.com/jjy0501/100072204304 ) 설명한 적이 있기 때문에 간단히 넘어가기로 한다. 태양 같이 가벼운 항성의 경우는 양성자 - 양성자 연쇄반응으로 부터 에너지를 얻는데 비해 이 CNO 순환 반응은 좀 더 무거운 항성에서 중요한 에너지 생성 반응이다. 연료를 빨리 태우는 만큼 수명은 짧아서 약 10억 년 정도이며, 수명을 마치면 백색왜성이 되어 영겁이 세월을 지내게 될 것으로 보인다.
한편 한가지 재미있는 사실이 관측 결과 발견되었다. 그것은 간섭계를 이용해서 측정한 베가의 지름이 생가보다 큰 태양의 2.78 배 정도라는 것인데, 그 이유는 바로 베가가 앞서 이야기 했듯이 적도 부근이 부풀어 오른 빠르게 자전하는 팽이 모습이며, 우리가 보는 방향이 바로 베가의 북극 혹은 남극 방향이기 때문이다. 우리의 시선 방향과 베가의 자전축은 거의 5도 밖에 차이가 없다고 한다. 한마디로 빠르게 회전하는 팽이를 바로 위에서 보고 있는 것과 같다.
이렇게 빠르게 회전하는 별의 경우는 이미 앞서 알타이르에서 본 적이 있는데, 결과적으로 베가에서도 비슷한 현상이 일어나고 있다. 즉 폰지펠 효과에 의해 부풀어오른 적도는 차갑고, 극지방은 뜨거워진다. 베가의 표면 온도는 극 지방에서는 1만 K 이고 적도에서는 6천 K 까지 떨어지는 듯 하다. 따라서 극 지방이 더 밝다고 할 수 있다. 만약 베가의 극부분이 지구를 향하지 않고 적도 부근이 지구를 향했다면 지구에서 보기에 베가는 지금처럼 밝지 않았을 것이다.
한편 앞서 포말하우트에서와 마찬가지로 베가에서도 먼지 디스크가 발견되었다. 이 먼지 디스크는 1983년에 IRAS 에 의해 발견된 것으로 항성 주변 먼지 디스크 중에서는 가장 먼저 발견된 것이라고 한다.
(스피처 우주 망원경이 포착한 베가와 주변의 먼지 디스크의 모습. 이전에 생각했던 것 보다 더 큰 먼지 디스크의 존재가 있다는 것이 포착되었다. This file is in the public domain because it was created by NASA )
2005년 스피처 우주 망원경은 적외선 영역에서 이 먼지 디스크를 확인한 결과 상당히 옅은 먼지 디스크가 광범위하게 펼쳐져 있는 것을 확인했다. 먼지 디스크는 파장 24 마이크로미터에서는 330AU, 70 마이크로미터에서는 543 AU, 160 마이크로 미터에서는 815 AU까지 펼쳐져 있었으며, 물질의 크기는 1 - 50 마이크로미터의 미세 먼지였다. 이러한 먼지 디스크는 태양계 생성 초기의 모습을 추측하게 해준다는 점에서 중요하게 생각되고 있다.
과거에는 이 먼지 디스크가 원시 행성계 원반에서 생겼다고 생각되었으나 현재는 그 가능성은 낮다고 생각되고 있다. 일설에 의하면 이 먼지 디스크는 일종의 베가의 카이퍼 벨트대에 있는 소행성들이 충돌한 결과 물질을 공급 받았을 가능성도 제기되고 있다. (아래 그림 참조)
(명왕성 크기의 천체가 서로 충돌해서 먼지 디스크에 물질을 공급하는 메카니즘도 고려되고 있다. This artist concept illustrates how a massive collision of objects, perhaps as large as the planet Pluto, smashed together to create the dust ring around the nearby star Vega. This file is in the public domain because it was created by NASA )
현재까지 베가 주변에서 정확한 행성의 존재는 확증되지 않았다. 최근 베가 주변에서 행성이 의심된다는 보고로 인해서 학계의 논란이 있었으나 현재로써는 확인되지 않은 상태로 생각되고 있다. 결국 보다 강력한 새로운 관측 기기가 나와야 이 논란을 잠재울 수 있을 것이다.
출처 : Wiki/NASA
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